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WO2001083264A1 - Beleuchtungsvorrichtung - Google Patents

Beleuchtungsvorrichtung Download PDF

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Publication number
WO2001083264A1
WO2001083264A1 PCT/DE2001/001590 DE0101590W WO0183264A1 WO 2001083264 A1 WO2001083264 A1 WO 2001083264A1 DE 0101590 W DE0101590 W DE 0101590W WO 0183264 A1 WO0183264 A1 WO 0183264A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
lens
light source
lighting device
display
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2001/001590
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Schach
Pascal Benoit
Matthias Gebauer
Georg Ewald
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to JP2001580110A priority Critical patent/JP2003534628A/ja
Priority to EP01940195A priority patent/EP1280679B1/de
Priority to US10/275,143 priority patent/US6957901B2/en
Priority to DE50111903T priority patent/DE50111903D1/de
Priority to HU0300308A priority patent/HUP0300308A2/hu
Publication of WO2001083264A1 publication Critical patent/WO2001083264A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q—ARRANGEMENT OF SIGNALLING OR LIGHTING DEVICES, THE MOUNTING OR SUPPORTING THEREOF OR CIRCUITS THEREFOR, FOR VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q3/00—Arrangement of lighting devices for vehicle interiors; Lighting devices specially adapted for vehicle interiors
    • B60Q3/10—Arrangement of lighting devices for vehicle interiors; Lighting devices specially adapted for vehicle interiors for dashboards
    • B60Q3/14—Arrangement of lighting devices for vehicle interiors; Lighting devices specially adapted for vehicle interiors for dashboards lighting through the surface to be illuminated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q—ARRANGEMENT OF SIGNALLING OR LIGHTING DEVICES, THE MOUNTING OR SUPPORTING THEREOF OR CIRCUITS THEREFOR, FOR VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q3/00—Arrangement of lighting devices for vehicle interiors; Lighting devices specially adapted for vehicle interiors
    • B60Q3/60—Arrangement of lighting devices for vehicle interiors; Lighting devices specially adapted for vehicle interiors characterised by optical aspects
    • B60Q3/62—Arrangement of lighting devices for vehicle interiors; Lighting devices specially adapted for vehicle interiors characterised by optical aspects using light guides
    • B60Q3/64—Arrangement of lighting devices for vehicle interiors; Lighting devices specially adapted for vehicle interiors characterised by optical aspects using light guides for a single lighting device

Definitions

  • the invention is based on a lighting device according to the preamble of the main claim.
  • Lighting devices are already known in which light sources for backlighting the display surface are arranged on a side facing away from the user, in order to enable a homogeneous distribution of brightness in the backlighting of the display surface, the light emitted by the light sources must be strongly scattered so that it can spread over can evenly distribute the entire display area.
  • the lighting device according to the invention with the features of the main claim has the advantage that the light is homogeneously distributed by the use of a reflector and a lens between the light source and the display area on the entire display area, so that a homogeneous illumination of the display surface without additional, to be applied Foils and can be done without additional light scattering. It is particularly advantageous that the combined use of a reflector and a lens between the light source and the display surface enables particularly efficient illumination of the display surface, since laterally scattered light is also reflected in the direction of the display surface.
  • the measures listed in the subclaims enable advantageous developments and improvements of the lighting device specified in the main claim.
  • the distance between the lens and the lens is particularly advantageous
  • the lens does not function as an imaging optical system, but rather homogenizes the light distribution of the light source.
  • LEDs as they are inexpensive and easy to assemble. While conventional light-emitting diodes generally emit light in a preferred direction, one is used in the lighting device according to the invention Radiation light cone of the light-emitting diode expanded for illuminating a display area.
  • the lens is also advantageous to arrange the lens on a side of the light well facing away from the light source, since this makes the lens e.g. is molded onto a light guide, which is placed on the light shaft during manufacture of the lighting device. It is particularly advantageous to create a required large number of lenses in one operation by molding them onto a light guide for light sources lying next to one another.
  • a lens on the light source, since in this case the light source and the lens can be produced in one manufacturing process, it being particularly advantageous to mold the lens onto a body of the light-emitting diode or, for example, using a stamp.
  • the lens in a region around the optical axis of the lens as a diverging lens and outside the region as a converging lens.
  • the light distribution is homogenized in that the light is scattered in central, very bright areas of the light source and is collected in peripheral areas in which the light source is dark and is directed in the direction of the display surface.
  • the lighting device according to the invention for backlighting a flat display, since the lighting device according to the invention enables homogeneous backlighting even with cheap light sources, for example with light-emitting diodes. Furthermore, it is advantageous to use a lighting device according to the invention for a scale display, in which individual scale segments can be illuminated separately and the associated lighting can be controlled separately. For this purpose, by using a lighting device according to the invention, for each scale segment a backlighting that is on the one hand homogeneous and efficient and on the other hand inexpensive can be realized, for example in comparison to regulation of a scale segment lighting by means of a liquid crystal cell. In particular, use for a cruise control display is advantageous, in which individual segments are regularly activated or deactivated.
  • FIG. 1 a shows a first exemplary embodiment of a lighting device according to the invention in a side view
  • FIG. 1 b ′ shows the first exemplary embodiment in a top view
  • FIG. 2a shows a further embodiment according to the invention of an illumination device for a scale display in a first side view
  • FIG. 2b shows the second embodiment according to the invention in another
  • Figure 2c shows the second embodiment of the invention in a plan.
  • Figure 3 shows an embodiment of a light source according to the invention in a cross section.
  • FIG. 4a shows an exemplary embodiment for an arrangement of an e according to the invention
  • FIG. 4b shows a scale instrument which is illuminated with an illumination device according to the invention. Description of the exemplary embodiment
  • FIG. 1 a shows a side view of a first exemplary embodiment of a lighting device according to the invention with a light source 1 which is arranged on a printed circuit board 2.
  • a lens 3 is arranged on the light source 1, through which light is directed into a light shaft 4.
  • the light well 4 is laterally delimited by a reflector 5.
  • a diffusing screen 6 is arranged at one end of the light well 4 opposite the light source 1.
  • the light source 1 is designed as a light emitting diode.
  • the light source 1 is supplied with an operating voltage via the printed circuit board 2 via conductor tracks (not shown in FIG. 1 a).
  • the light deflected by the lens 3 from the light source 1 either strikes the lens ⁇ directly or the reflector 5, which forms the walls of the light well 4.
  • the reflector 5 is designed as a rotating body with a parabolic cross section.
  • the reflector 5 is preferably made of a white, light-reflecting plastic material. Furthermore, a design as a metal reflector is possible.
  • the diffusing screen 6 is made of a plastic material and, in a preferred exemplary embodiment, consists of a plastic material into which light-scattering particles are introduced, for example particles from a different plastic material with a different refractive index.
  • a liquid crystal cell 7 is shown on the diffusion disk 6 in FIG. 1 a, which in a preferred exemplary embodiment has picture elements that can be controlled individually.
  • the light guided by the light source 1 via the lens 3 only strikes either directly Diffuser 6 or first on the reflector 5, from which it is directed to the diffuser 6.
  • the diffusing screen 6 contributes to a further homogenization of the light and directs the light to the liquid crystal cell 7.
  • Place the liquid crystal cell 7 also an unchangeable display, e.g. a dial or a warning field, e.g. be made of a transparent plastic material with a printed warning symbol.
  • a warning symbol can be printed directly on the lens 6.
  • FIG. 1b shows a top view of the lighting device according to the invention, which was described for FIG. 1 a, without the diffusing screen 6 and the liquid crystal cell 7.
  • the light well 4 is formed by the reflector 5.
  • the light source 1 with the lens 3 is arranged in the center of the reflector 5.
  • FIG. 2a shows another exemplary embodiment of a lighting device according to the invention, in which a light source 10 is arranged on a printed circuit board 11.
  • the light source 10 On the side facing away from the printed circuit board 11, the light source 10 is arranged on a light shaft 12 or at least partially protrudes into the light shaft 12, which is formed by a reflector 13.
  • the reflector 13 is formed from a carrier 14.
  • a lens 15 On the side of the light shaft 12 facing away from the light source 10, a lens 15 is arranged, which is molded onto a light guide 16 which rests on the carrier 14.
  • Light can be coupled into a side face 17 of the light guide from a light guide plate 18 which is arranged laterally next to the light guide 16 and which adjoins the light guide 16.
  • the light guide plate 18 can be illuminated by a further light source 19.
  • the light source 10 is by the Carrier 14 forming light shaft 12 is optically separated from further light source 19.
  • a dial 20 is arranged on the side of the light guide 16 facing away from the light source 10.
  • the dial 20 has first areas 21 that are opaque and second areas 22 that are translucent.
  • the light source 10 is preferably designed as a light-emitting diode, which is supplied with an operating voltage via the printed circuit board 11.
  • the carrier 14 is made of plastic material colored with white color particles, for example polycarbonate.
  • the reflector 13 can be formed by a surface of the carrier 14. In an embodiment not shown in FIG. 2a, metal coating of the carrier 14 is also possible.
  • the light emitted by the light source 10 either reaches the lens 15 directly or is first deflected to the lens 15 via the reflector 13.
  • the dial 20 is preferably made of a transparent plastic material, in which the opaque first areas 21 are applied, for example, by printing.
  • Light can be emitted to the light guide plate 18 by the further light source 19, the light guide plate preferably consisting of a light-scattering material. Light is emitted from the light guide plate 18 through translucent second areas 22 of the dial 20. Furthermore, light is deflected by the light guide plate 18 to the first side surface 17 of the light guide 16, so that even if the light source 10 is not operated, a segment 22 'on which the
  • Light source 10 side of the lens 15 is at least dimly illuminated.
  • the segment 22 ' can then be seen even when the light source 10 is switched off.
  • a switchover between a weakly illuminated state namely illumination via the further light source 19, the light guide plate 18 and the light guide 16 and a brightly lit state with the light source 10 switched on.
  • only insignificant light is transmitted from the light source 10 into the light guide plate 18, since the light is directed through the lens 15 in the direction of the segment 22 '.
  • the light guide 16 and the light guide plate 18 are made of polycarbonate, the light guide 16 and the lens 15 preferably being transparent.
  • FIG. 2b shows another side view of the lighting device according to the invention according to FIG. 2a.
  • the light guide 16, on which the lens 15 is molded rests on the carrier 14 with support surfaces 23, 23 '.
  • the lens 15 bulges convexly in the direction of the light source 10. Further lenses 15 ' and 15''adjoin the light guide 16 on the support surfaces 23 and 23' of the light guide 16 on the support 14, which are arranged in addition to the lighting device according to the invention
  • Belong lighting devices which are preferably listed identically.
  • the distance between the lens 15 and the light source 10 is approximately equal to the focal length of the lens 15.
  • the lens 15 is not imaging, but instead performs a Fourier transformation of the image in the focal plane, so that the segment 22 'is backlit homogeneously.
  • the segment 22 ' is separated from other, transparent regions, ie segments 24, 24' of the dial 20 by non-opaque first regions 21, so that separate backlighting of the segments 22 ', 24' and 24 is possible.
  • the reflector 13 has linear walls.
  • Light shaft 12 in a section parallel to the lens plane of lens 15 has a rectangular cross section.
  • FIG. 2c shows a top view of the dial 20, behind which the lighting device according to the invention described for FIGS. 2a and 2b is arranged.
  • a section through the lighting device according to the invention is shown in FIG. 2c by dashed lines, the section according to FIG. 2a being identified by the letter a and the section according to FIG. 2b by the letter b.
  • a number is represented by translucent second areas 22, which is formed from transparent areas of the dial 20.
  • the number can be backlit by the further light source 19 and the light guide plate 18.
  • the segment 22 ⁇ is illuminated separately from the segments 24 and 24 by the light source 10, which in a preferred exemplary embodiment can be individually controlled by a lighting device according to the invention.
  • Through the light guide plate 18 is also in the switched-off light sources behind the segments 22 x 24 and 2 ⁇ a basic brightness of the segments ensured.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment for an arrangement of the lens according to the invention directly on the light source.
  • the light source described for FIG. 3 is used in particular as light source 1 in the exemplary embodiment explained for FIG.
  • a light-emitting diode instead of a light-emitting diode, an incandescent lamp, a glow lamp and / or a fluorescent lamp can also be used.
  • the arrangement of a lens on a light source 1 designed as a light-emitting diode, preferably as a so-called top light-emitting diode, is explained with reference to FIG. 3.
  • the light source 1 has a light-generating region 30, preferably made of a semiconductor material which is excited by control lines (not shown in FIG. 3) for the emission of light beams.
  • the light source 1 also has a housing 31, on which the lens 3, which is rotationally symmetrical to an optical axis 40, is arranged on the light-generating region 30.
  • the lens 3 has a first region 33 and a second region 32, the first region 33 being arranged below a surface 34 of the housing 31 and the surface 34 pointing in the direction of the lens 6.
  • the second area 32 is arranged on the side of the surface 34 facing the diffusing screen 6.
  • the first area 33 comprises the light-generating area 30 and is made pot-shaped.
  • a pot bottom 35 running parallel to the surface 34 is adjoined by linearly extending side surfaces 36 which extend up to the surface 34 of the housing 31.
  • the side surfaces 36 are reflective and, like the housing 31, are made of a white plastic material.
  • a transition between the first region 33 and the second region 32 is represented by a dotted line 39, through which a diameter of the lens 3, ie a double lens radius, is given.
  • the second region 32 is divided into an inner region 38 and an outer region 37 with respect to the optical axis 40, which runs perpendicular to the surface 34.
  • a limit of the inner region is given by a predetermined radius around the optical axis 40, which is smaller than the lens radius.
  • a surface of the lens 3 is concave, so that the lens 3 in the inner region 38 has a light-scattering effect.
  • a first light beam 41 from the light-generating region 30 is drawn in, which crosses the inner region 38 and leaves the lens 3 in the inner region 38.
  • the first light beam 41 is refracted away from the optical axis 40.
  • a surface of the lens 3 is preferably linear in the outer region 37 and forms a wall that runs around the inner region 38.
  • a second light beam 42 begins at the light-generating area 30, leaves the lens in the outer area 37 and is thereby refracted towards the optical axis 40.
  • FIG. 4a shows a backlighting device 50 of a flat display, preferably a liquid crystal display, which is in front of the
  • Backlighting device 50 is arranged.
  • a multiplicity of illumination sources embodied according to the invention with reflectors 51 and light sources 52 are arranged flatly next to one another and almost completely fill the area of the backlighting device. This enables homogeneous backlighting of a display arranged in front of the backlighting device 50.
  • FIG. 4b shows a scale display with a dial 60, on which a numerical value is displayed on a scale 64 by means of a pointer.
  • the scale display is used for a speed display in a motor vehicle.
  • a pointer 61 can be moved via a pointer shaft 63 and displays a value on a scale 64, which is labeled with numerical values 65.
  • numerical values 65 "0", "20", “40", "60 and” 80 "are arranged on the scale 64.
  • the scale 64 consists of individual scale segments 66, of which only one scale segment 66 is provided with a reference symbol for reasons of clarity in the drawing.
  • the scale segments 66 are each provided on the side of the dial 60 facing away from the pointer 61 with an illumination device according to the invention, which are each separately controllable electrically, so that the individual scale segments 66 can be individually illuminated.
  • Numerical values 65 can all be illuminated by a light source, by means of which light is also coupled into the scale segments 66 behind the scale segments 66 when the light sources 10 are switched off, as described for FIG. 2a.
  • the lighting devices can preferably be controlled by a computing device (not shown in FIG. 4b), just as the pointer 61 can be controlled by a stepping motor arranged on the pointer shaft 63, which is also connected to the computing device. If a numerical value of "60" is preselected by an input from a user, for example a speed of 60 km per hour, all scale segments starting from the numerical value 0 to the numerical value "60" are replaced by the invention
  • the scale segments from “60” to “100” remain in a dark state and are only weakly illuminated by the further light source 19, which also illuminates the numerical values 65.
  • the speed 60 km per hour is a preferred embodiment of a preselected speed in a so-called cruise control in a motor vehicle, in which the computing unit is given a speed and in which a vehicle drive is regulated by the computing unit in such a way that the vehicle with the selected one Speed is driving.
  • the vehicle speed is then indicated by the pointer 61 above the scale 64, so that a user has a constant possibility of comparison between a target speed, namely the speed which is represented by the brightly illuminated scale segments, for example 60 km / h, and the actual vehicle speed. Since the scale segments 66 can each be controlled individually, other arbitrary speed values can also be preselected and are displayed as a target speed by appropriate illumination of the scale segments.

Landscapes

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Abstract

Es wird eine Beleuchtungsvorrichtung vorgeschlagen, die zur Beleuchtung einer Anzeigefläche (7) dient. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine Lichtquelle (1), einen Lichtschacht (5) und eine Linse (3), die zwischen der Lichtquelle und dem Lichtschacht angeordnet ist. Hierdurch wird eine homogene und effiziente Beleuchtung einer Anzeigefläche ermöglicht.

Description

Beleuchtungs orrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Beleuchtungsvorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind schon BeleuchtungsVorrichtungen bekannt, bei denen auf einer dem Benutzer abgewandten Seite Lichtquellen für eine Hinterleuchtung der Anzeigefläche angeordnet sind, um eine homogene Helligkeitsverteilung bei der Hinterleuchtung der Anzeigefläche zu ermöglichen, muss das von den Lichtquellen abgestrahlte Licht stark gestreut werden, damit es sich über die gesamte Anzeigefläche gleichmäßig verteilen kann. Ferner ist bekannt, hinter der Anzeigefläche eine Lichtleiterplatte anzuordnen, an deren Seitenflächen Lichtquellen angeordnet sind. Das Licht dieser Lichtquellen wird in die Lichtleiterplatte eingekoppelt und in Richtung der Anzeigefläche umgelenkt. Hierbei kann auf eine Lichtstreuung verzichtet werden. Es müssen jedoch Vorkehrungen für die Lichtumlenkung getroffen werden und es muß Platz für die Lichtquelle in einem seitlichen Bereich der Anzeige vorgesehen sein. Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass das Licht durch die Verwendung eines Reflektors und einer Linse zwischen der Lichtquelle und der Anzeigeflache auf die gesamte Anzeige läche homogen verteilt wird, so dass eine homogene Beleuchtung der Anzeigefläche ohne zusätzliche, aufzulegende Folien und ohne eine zusätzliche Lichtstreuung erfolgen kann. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass durch die kombinierte Verwendung eines Reflektors und einer Linse zwischen der Lichtquelle und der Anzeigeflache eine besonders effiziente Beleuchtung der Anzeigefläche ermöglicht wird, da auch seitlich gestreutes Licht in Richtung der Anzeigefläche reflektiert wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebene Beleuchtungsvorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist, den Abstand der Linse zu der
Lichtquelle im Bereich der Brennweite der Linse zu wählen. Hierdurch fungiert die Linse nicht als ein abbildendes optisches System, sondern homogenisiert die Lichtverteilung der Lichtquelle.
Weiterhin ist vorteilhaft, den Lichtschacht als einen parabolischen Reflektor auszubilden, um eine besonders homogene Lichtverteilung zu erhalten.
Weiterhin ist vorteilhaft, als Lichtquellen insbesondere
Leuchtdioden zu verwenden, da diese preisgünstig und einfach zu montieren sind. Während herkömmliche Leuchtdioden im allgemeinen Licht in einer Vorzugsrichtung abstrahlen, wird bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung ein Abstrahlungslichtkegel der Leuchtdiode für eine Beleuchtung einer Anzeigefläche aufgeweitet.
Weiterhin ist vorteilhaft, die Linse auf einer der Lichtquelle abgewandten Seite des Lichtschachts anzuordnen, da hierdurch die Linse z.B. an einen Lichtleiter angeformt wird, der während der Fertigung der Beleuchtungsvorrichtung auf den Lichtschacht aufgelegt wird. Dabei ist besonders vorteilhaft, durch die Anformung an einen Lichtleiter für jeweils nebeneinander liegende Lichtquellen eine benötigte Vielzahl von Linsen in einem Arbeitsgang zu erstellen.
Weiterhin ist vorteilhaft, eine Linse an der Lichtquelle anzuordnen, da hierbei die Lichtquelle und die Linse in einem Fertigungsprozess erstellt werden können, wobei es besonders vorteilhaft ist, die Linse an einen Körper der Leuchtdiode anzuformen bzw. z.B. mittels eines Prägestempels auszuformen.
Weiterhin ist vorteilhaft, die Linse in einem Bereich um die optische Achse der Linse als eine Zerstreuungslinse und außerhalb des Bereichs als eine Sammellinse auszuführen. Hierbei wird die Lichtverteilung dadurch homogenisiert, dass das Licht in zentralen, sehr hellen Bereichen der Lichtquelle zerstreut und in Randbereichen, in denen die Lichtquelle dunkel ist, gesammelt und in Richtung der Anzeigefläche gelenkt wird.
Weiterhin ist vorteilhaft, die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung für eine Hinterleuchtung einer flächigen Anzeige zu verwenden, da durch die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung eine homogene Hinterleuchtung auch mit günstigen Lichtquellen, z.B. mit Leuchtdioden, möglich ist. Weiterhin ist vorteilhaft, eine e findungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung für eine Skalenanzeige zu verwenden, bei der einzelne Skalensegmente getrennt beleuchtbar und die zugehörige Beleuchtung jeweils getrennt ansteuerbar sind. Hierfür kann durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung für jedes Skalensegment eine einerseits homogene und effiziente und andererseits preisgünstige Hinterleuchtung z.B. gegenüber einer Regelung einer Skalensegmentbeleuchtung mittels einer Flüssigkristallzelle realisiert werden. Insbesondere ist eine Verwendung für eine Tempomatanzeige von Vorteil, bei der regelmäßig einzelne Segmente aktiviert bzw. deaktiviert werden.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur la ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung in einer Seitenansicht und Figur Ib'das erste Ausführungsbeispiel in einer Aufsicht. Figur 2a zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführung einer Beleuchtungsvorrichtung für eine Skalenanzeige in einer ersten Seitenansicht, Figur 2b zeigt die zweite erfindungsgemäße Ausführung in einer weiteren
Seitenansicht und Figur 2c zeigt die zweite erfindungsgemäße Ausführung in einer Aufsicht. Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Lichtquelle in einem Querschnitt. Figur 4a zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung einer e findungsgemäßen
Beleuchtungsvorrichtung zur Hinterleuchtung einer flächigen Anzeige. Figur 4b zeigt ein Skaleninstrument, das mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung beleuchtet wird. Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels
In der Figur la ist eine Seitenansicht eines ersten Ausfuhrungsbeispiels einer erfindungsgemaßen Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle 1 dargestellt, die an einer Leiterplatte 2 angeordnet ist. An der Lichtquelle 1 ist eine Linse 3 angeordnet, durch die Licht in einen Lichtschacht 4 gelenkt wird. Der Lichtschacht 4 wird seitlich durch einen Reflektor 5 begrenzt. An einem der Lichtquelle 1 gegenüberliegenden Ende des Lichtschachts 4 ist eine Streuscheibe 6 angeordnet. Auf der dem Lichtschacht 4 abgewandten Seite der Streuscheibe 6 ist e ne Flussigkristallzelle 7 angeordnet. Die Lichtquelle 1 ist als eine Leuchtdiode ausgeführt. Über die Leiterplatte 2 wird die Lichtquelle 1 über in der Figur la nicht dargestellte Leiterbahnen mit einer Betriebsspannung versorgt. Das von der Linse 3 umgelenkte Licht der Lichtquelle 1 trifft entweder direkt auf die Streuscheibe β oder auf den Reflektor 5, der die Wände des Lichtschachts 4 bildet. Der Reflektor 5 ist als ein Rotationskörper mit einem parabelformigen Querschnitt ausgeführt. Der Reflektor 5 ist vorzugsweise aus einem weißen, licht reflektierenden Kunststoffmaterial gefertigt. Ferner ist eine Ausführung als ein Metallreflektor möglich. Die Streuscheibe 6 ist aus einem Kunststoffmaterial gefertigt und besteht in einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel aus einem Kunststoffmaterial, in das lichtstreuende Partikel eingebracht sind, z.B. Partikel aus einem anderen Kunststoffmaterial m t einem anderen Brechungsindex. Auf der Streuscheibe 6 ist in der Figur la eine Flussigkristallzelle 7 dargestellt, die in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel über elektrisch einzeln ansteuerbare Bildpunkte verfugt. Details der Flussigkristallzelle 7 sind in der Figur la nicht dargestellt. Das von der Lichtquelle 1 über die Linse 3 geleitete Licht trifft nur entweder direkt auf die Streuscheibe 6 oder zunächst auf den Reflektor 5, von dem es zu der Streuscheibe 6 geleitet wird. Die Streuscheibe 6 tragt zu einer weiteren Homogenisierung des Lichts bei und lenkt das Licht zu der Flussigkristallzelle 7. In einem in der Figur la nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann an
Stelle der Flussigkristallzelle 7 auch eine unveränderliche Anzeige, z.B. ein Zifferblatt oder ein Warnfeld, z.B. aus einem transparenten Kunststoffmaterial mit einem aufgedruckten Warnsymbol aufgelegt sein. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann ein Warnsymbol direkt auf die Streuscheibe 6 aufgedruckt sein.
In der Figur lb ist eine Aufsicht auf die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung, die zu der Figur la beschrieben wurde, ohne die Streuscheibe 6 und die Flussigkristallzelle 7 dargestellt. Der Lichtschacht 4 wird von dem Reflektor 5 gebildet. Im Zentrum des Reflektors 5 ist die Lichtquelle 1 mit der Linse 3 angeordnet.
In der Figur 2a ist weiteres Ausführungsbeispiel einer er indungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung dargestellt, bei dem eine Lichtquelle 10 auf einer Leiterplatte 11 angeordnet ist. Auf der der Leiterplatte 11 abgewandten Seite ist die Lichtquelle 10 an einem Lichtschacht 12 bzw. zumindest teilweise in den Lichtschacht 12 hineinragend angeordnet, der durch einen Reflektor 13 gebildet wird. Der Reflektor 13 ist aus einem Träger 14 ausgeformt. Auf der der Lichtquelle 10 abgewandten Seite des Lichtschachts 12 ist eine Linse 15 angeordnet, die an einen Lichtleiter 16 angeformt ist, der auf dem Träger 14 aufliegt. In eine Seitenfläche 17 des Lichtleiters ist Licht aus einer Lichtleiterplatte 18 einkoppelbar, die seitlich neben dem Lichtleiter 16 angeordnet ist und die an den Lichtleiter 16 angrenzt. Die Lichtleiterplatte 18 ist durch eine weitere Lichtquelle 19 beleuchtbar. Die Lichtquelle 10 ist durch den den Lichtschacht 12 bildenden Träger 14 optisch von der weiteren Lichtquelle 19 getrennt. Auf der der Lichtquelle 10 abgewandten Seite des Lichtleiters 16 ist ein Zifferblatt 20 angeordnet. Das Zifferblatt 20 weist erste Bereiche 21 auf, die lichtundurchlässig sind, und zweite Bereiche 22 auf, die lichtdurchlässig sind. Die Lichtquelle 10 ist vorzugsweise als eine Leuchtdiode ausgeführt, die über die Leiterplatte 11 mit einer Betriebsspannung versorgt wird. Der Träger 14 ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus mit weißen Farbpartikeln gefärbten Kunststo fmaterial z.B. Polycarbonat ausgeführt. Hierdurch kann der Reflektor 13 durch eine Oberfläche des Trägers 14 gebildet werden. In einem in der Figur 2a nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist auch eine etallbeschichtung des Trägers 14 möglich. Das von der Lichtquelle 10 abgestrahlte Licht gelangt entweder direkt zu der Linse 15 oder wird zunächst über den Reflektor 13 zu der Linse 15 umgelenkt. Das Zifferblatt 20 ist vorzugsweise aus einem transparenten Kunststoffmaterial gefertigt, bei dem die lichtundurchlässigen ersten Bereiche 21 z.B. durch Aufdrucken aufgebracht werden. Durch einen entsprechenden
Aufdruck sind Symbole, Skalensegmente oder Zahlen ausbildbar. Durch die weitere Lichtquelle 19 ist Licht zu der Lichtleiterplatte 18 abstrahlbar, wobei die Lichtleiterplatte vorzugsweise aus einem lichtstreuenden Material besteht. Von der Lichtleiterplatte 18 wird Licht durch lichtdurchlässige zweite Bereiche 22 des Zifferblattes 20 gestrahlt. Ferner wird durch die Lichtleiterplatte 18 Licht zu der ersten Seitenfläche 17 des Lichtleiters 16 umgelenkt, so dass auch für den Fall, dass die Lichtquelle 10 nicht betrieben wird, ein Segment 22' auf der der
Lichtquelle 10 abgewandten Seite der Linse 15 zumindest schwach beleuchtet wird. Das Segment 22' ist dann auch bei abgeschalteter Lichtquelle 10 erkennbar. Hierdurch wird eine Umschaltung zwischen einem schwach beleuchteten Zustand, nämlich eine Beleuchtung über die weitere Lichtquelle 19, die Lichtleiterplatte 18 und den Lichtleiter 16 sowie einem hell beleuchteten Zustand bei eingeschalteter Lichtquelle 10 gewährleistet. Von der Lichtquelle 10 wird dagegen nur unwesentlich Licht in die Lichtleiterplatte 18 weitergeleitet, da das Licht durch die Linse 15 in Richtung des Segments 22' gelenkt wird. Der Lichtleiter 16 sowie die Lichtleiterplatte 18 sind in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus Polycarbonat gefertigt, wobei der Lichtleiter 16 sowie die Linse 15 hierbei vorzugsweise transparent ausgeführt sind.
In der Figur 2b ist eine andere Seitenansicht der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Figur 2a dargestellt. Auf dem Träger 14 liegt die Lichtleiter 16, an dem die Linse 15 angeformt ist, mit Auflageflächen 23, 23' auf. Die Linse 15 wölbt sich konvex in Richtung der Lichtquelle 10. An den Lichtleiter 16 schließen an den Auflageflächen 23 und 23' des Lichtleiters 16 auf den Trager 14 weitere Linsen 15' und 15'' an, die zu weiteren, neben der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung angeordneten
Beleuchtungsvorrichtungen gehören, die bevorzugt gleichartig aufgeführt sind. Der Abstand der Linse 15 zu der Lichtquelle 10 ist ungefähr gleich der Brennweite der Linse 15. Hierdurch ist die Linse 15 nicht abbildend, sondern führt eine Fouriertransformation des Bildes in der Brennebene durch, so dass das Segment 22' homogen hinterleuchtet wird. Durch nicht lichtundurchlässigen ersten Bereiche 21 ist das Segment 22' von anderen, transparenten Bereichen, d.h. Segmenten, 24, 24' des Zifferblatts 20 abgetrennt, so dass eine getrennte Hinterleuchtung der Segmente 22', 24' und 24 möglich ist. Der Reflektor 13 weist in dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 2a und 2b linear verlaufende Wände auf. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der durch den Reflektor 13 begrenzte Lichtschacht 12 in einem Schnitt parallel zu der Linsenebene der Linse 15 einen rechteckigen Querschnitt.
In der Figur 2c ist eine Aufsicht auf das Zifferblatt 20 dargestellt, hinter dem die zu den Figuren 2a und 2b beschriebene, erfindungsgemäße BeleuchtungsVorrichtung angeordnet ist. Ein Schnitt durch die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung ist in der Figur 2c durch gestrichelte Linien dargestellt, wobei der Schnitt gemäß der Figur 2a durch den Buchstaben a und der Schnitt gemäß der Figur 2b durch den Buchstaben b gekennzeichnet ist. Neben den lichtundurchlässigen ersten Bereichen 21 ist durch lichtdurchlässige zweite Bereiche 22 eine Zahl dargestellt, die aus transparenten Bereichen des Zifferblattes 20 gebildet wird. Die Zahl ist durch die weitere Lichtquelle 19 und die Lichtleiterplatte 18 hinterleuchtbar . Das Segment 22 Λ ist durch die Lichtquelle 10 getrennt von den Segmenten 24 und 24 beleuchtet, die in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel jeweils durch eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung einzeln ansteuerbar sind. Durch die Lichtleiterplatte 18 ist auch bei ausgeschalteten Lichtquellen hinter den Segmenten 22 x, 24 und 2 λ eine Grundhelligkeit der Segmente gewährleistet.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Anordnung der Linse direkt an der Lichtquelle. Die zu der Figur 3 beschriebene Lichtquelle wird insbesondere als Lichtquelle 1 in dem zu der Figur la erläuterten Ausführungsbeispiel verwendet. An Stelle einer Leuchtdiode kann auch eine Glühlampe, eine Glimmlampe und/oder eine Fluoreszenzlampe verwendet werden. Anhand der Figur 3 wird die Anordnung einer Linse an einer als Leuchtdiode, vorzugsweise als eine sogenannte Top- Leuchtdiode, ausgebildeten Lichtquelle 1 erläutert. Die Lichtquelle 1 weist einen lichterzeugenden Bereich 30 auf, vorzugsweise aus einem Halbleitermaterial, das durch in der Figur 3 nicht gezeigte Ansteuerungsleitungen zur Emission von Lichtstrahlen angeregt wird. Die Lichtquelle 1 weist ferner ein Gehäuse 31 auf, an dem an dem lichterzeugenden Bereich 30 die rotationssymmetrisch zu einer optischen Achse 40 ausgeführte Linse 3 angeordnet ist. Die Linse 3 weist einen ersten Bereich 33 und einen zweiten Bereich 32 auf, wobei der erste Bereich 33 unterhalb einer Oberfläche 34 des Gehäuses 31 angeordnet ist und wobei die Oberfläche 34 in Richtung der Streuscheibe 6 zeigt. Der zweite Bereich 32 ist an der der Streuscheibe 6 zugewandten Seite der Oberfläche 34 angeordnet. Der erste Bereich 33 umfasst den lichterzeugenden Bereich 30 und ist topfförmig ausgeführt. An einem parallel zu der Oberfläche 34 verlaufenden Topfboden 35 schließen linear verlaufende Seitenflächen 36 an, die bis zu der Oberfläche 34 des Gehäuses 31 verlaufen. Die Seitenflächen 36 sind in einem bevorzugten Aufführungsbeispiel reflektierend ausgeführt und bestehen ebenso wie das Gehäuse 31 aus einem weißen Kunststoffmaterial. Ein Übergang zwischen dem ersten Bereich 33 und dem zweiten Bereich 32 ist durch eine gepunktete Linie 39 dargestellt, durch die ein Durchmesser der Linse 3, also ein doppelter Linsenradius, gegeben ist. Der zweite Bereich 32 teilt sich in einen inneren Bereich 38 und einen äußeren Bereich 37 bezüglich der optischen Achse 40 auf, die senkrecht zu der Oberfläche 34 verläuft. Eine Grenze des inneren Bereichs ist durch einen vorgegebenen Radius um die optische Achse 40 gegeben, der kleiner als der Linsenradius ist. In dem inneren Bereich 38 ist eine Oberfläche der Linse 3 konkav geformt, so dass die Linse 3 in dem inneren Bereich 38 Licht zerstreuend wirkt. Ein erster Lichtstrahl 41 von dem lichterzeugenden Bereich 30 ist eingezeichnet, der den inneren Bereich 38 durchquert und in dem inneren Bereich 38 die Linse 3 verläßt. Der erste Lichtstrahl 41 wird von der optischen Achse 40 weg gebrochen. Die Wände der Linse 3 - li ¬
schließen in dem äußeren Bereich 37 einerseits an die Oberfläche 34 des Gehäuses 31 und andererseits an den inneren Bereich 38 an. Eine Oberfläche der Linse 3 verläuft in dem äußeren Bereich 37 vorzugsweise linear und bildet einen rund um den inneren Bereich 38 umlaufenden Wall. Ein zweiter Lichtstrahl 42 beginnt an dem lichterzeugenden Bereich 30, verläßt die Linse in dem äußeren Bereich 37 und wird dabei zu der optischen Achse 40 hin gebrochen.
In der Figur 4a ist eine Hinterleuchtungsvorrichtung 50 einer flächigen Anzeige dargestellt, vorzugsweise einer Flüssigkristallanzeige, die vor der
Hinterleuchtungsvorrichtung 50 angeordnet ist Eine Vielzahl von erfindungsgemäß ausgeführten Beleuchtungsquellen mit Reflektoren 51 und Lichtquellen 52 sind flächig nebeneinander angeordnet und füllen die Fläche der Hinterleuchtungsvorrichtung fast vollständig aus. Hierdurch ist eine homogene Hinterleuchtung einer vor der Hinterleuchtungsvorrichtung 50 angeordneten Anzeige möglich.
In der Figur 4b ist eine Skalenanzeige mit einem Zifferblatt 60 dargestellt, an der mittels eines Zeigers ein Zahlenwert auf einer Skala 64 angezeigt wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Skalenanzeige für eine Geschwindigkeitsanzeige in einem Kraftfahrzeug verwendet. Ein Zeiger 61 ist über eine Zeigerwelle 63 bewegbar und zeigt einen Wert auf einer Skala 64 an, die mit Zahlenwerten 65 beschriftet ist. In der Figur 4b sind Zahlenwerte 65 „0", „20", „40", „60 und „80" an der Skala 64 angeordnet. Die Skala 64 besteht aus einzelnen Skalensegmenten 66, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit der Zeichnung nur ein Skalensegment 66 mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Skalensegmente 66 sind auf der dem Zeiger 61 abgewandten Seite des Zifferblattes 60 mit jeweils einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung versehen, die jeweils getrennt elektrisch ansteuerbar sind, so dass die einzelnen Skalensegmente 66 einzeln beleuchtbar sind. Die
Zahlenwerte 65 sind alle durch eine Lichtquelle beleuchtbar, durch die auch Licht in erfindungsgemäßer Weise, wie zu der Figur 2a beschrieben, bei ausgeschalteten Lichtquellen 10 hinter den Skalensegmenten 66 in die Skalensegmente 66 eingekoppelt wird. Die Beleuchtungsvorrichtungen sind dabei vorzugsweise durch eine in der Figur 4b nicht gezeigte Rechenvorrichtung steuerbar, ebenso wie der Zeiger 61 über einen an der Zeigerwelle 63 angeordneten Schrittmotor steuerbar ist, der ebenfalls mit der Rechenvorrichtung verbunden ist. Wird durch eine Eingabe eines Benutzers nun ein Zahlenwert von „60" vorgewählt, z.B. eine Geschwindigkeit von 60 km pro Stunde, so werden alle Skalensegmente ausgehend von dem Zahlenwert 0 bis zum Zahlenwert „60" durch die erfindungsgemäße
Beleuchtungsvorrichtungen beleuchtet. Die Skalensegmente von „60" bis „100" bleiben in einem dunklen Zustand und werden nur durch die weitere Lichtquelle 19 schwach erhellt, die auch die Zahlenwerte 65 beleuchtet. Die Geschwindigkeit 60 km pro Stunde ist ein einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine vorgewählte Geschwindigkeit bei einem sogenannten Tempomaten in einem Kraftfahrzeug, bei dem der Recheneinheit eine Geschwindigkeit vorgegeben wird und bei dem ein Fahrzeugantrieb durch die Recheneinheit in der Weise geregelt wird, dass das Fahrzeug mit der gewählten Geschwindigkeit fährt. Die tatsächliche
Fahrzeuggeschwindigkeit wird dann durch den Zeiger 61 über der Skala 64 angezeigt, so dass ein Benutzer ständig eine Vergleichsmöglichkeit zwischen einer Sollgeschwindigkeit, nämlich der Geschwindigkeit, die über die hell beleuchteten Skalensegmente dargestellt ist, z.B. 60 km/h, und der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit hat. Da die Skalensegmente 66 jeweils einzeln ansteuerbar sind, können auch andere, beliebige Geschwindigkeitswerte vorgewählt und durch eine entsprechende Beleuchtung der Skalensegmente als eine Sollgeschwindigkeit angezeigt werden.

Claims

Ansprüche
1. Beleuchtungs orrichtung zur Beleuchtung einer Anzeigenfläche (7, 22") mit einer Lichtquelle (1, 10) und einem Lichtschacht (4, 12), wobei die Lichtquelle (1, 10) in dem Lichtschacht (4, 12) angeordnet ist, wobei die Anzeigefläche (7, 22") auf der der Lichtquelle (1, 10) abgewandten Seite des Lichtschachts (4, 12) angeordnet ist, wobei das Licht der Lichtquelle (1, 10) in den Lichtschacht (4, 12) einstrahlbar und zu der Anzeigefläche (7, 22") leitbar ist, wobei das Licht durch eine Wand des Lichtschachts (4, 12) reflektierbar ist und wobei zwischen der Lichtquelle (1, 10) und der Anzeigefläche (7, 22") eine Linse (3, 15) angeordnet ist.
2. BeleuchtungsVorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der
Linse (3, 15) zu der Lichtquelle (1, 10) ungefähr die Brennweite der Linse (3, 15) ist.
3. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtschacht (4, 12) als ein parabolischer Reflektor (5) ausgebildet ist.
. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1, 10) eine Leuchtdiode, eine Glühlampe, eine Glimmlampe und/oder eine Fluoreszenzlampe ist.
5. BeleuchtungsVorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (3) rotationssymmetrisch zu einer optischen Achse (40) von der Lichtquelle zu der Anzeigefläche (22") ist.
6. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (3, 15) zumindest teilweise lichtsammelnd ausgeführt ist.
7. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (3, 15) aus einem transparenten Kunststoffmaterial vorzugsweise im Spritzgussverfahren gefertigt ist.
8. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (15) auf der der Lichtquelle (10) abgewandten Seite des Lichtschachts (12) zwischen dem Lichtschacht (12) und der Anzeigefläche (22") angeordnet ist.
9. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (15) an einen Lichtleiter (16) angeformt ist, dass Licht seitlich in den Lichtleiter (16) einkoppelbar ist und dass das Licht durch den Lichtleiter (16) zu der Anzeigefläche (22") umlenkbar ist.
10. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Linse (3) an der Lichtquelle (1) angeordnet ist.
11. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Lichtquelle (1) angeordnete Linse (3) einen ersten Bereich (38) aufweist, der durch einen vorgegebenen Radius um die optische Achse (40) , der kleiner als ein Linsenradius ist, begrenzt ist, dass die Linse (3) einen zweiten Bereich (37) aufweist, der außerhalb des ersten Bereichs (38) der Linse (3) um die optische Achse (40) angeordnet ist, dass die Linse in dem ersten Bereich (38) von der Lichtquelle abgestrahltes und die Oberfläche der Linse durchquerendes Licht von der optischen Achse (40) der Linse weg brechend ist und das die Linse in dem zweiten Bereich (37) von der Lichtquelle abgestrahltes und die Oberfläche der Linse durchquerendes Licht zu der optischen Achse (40) hin brechend ist.
12. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die an der vorzugsweise als eine Top Leuchtdiode ausgebildete Lichtquelle (1) angeordnete Linse (3) aus einem Körper der Leuchtdiode ausgeformt ist.
13. Hinterleuchtungsvorrichtung 2ur Hinterleuchtung einer flächigen Anzeige, vorzugsweise eines Zifferblatts oder einer Flüssigkristallanzeige dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Beleuchtungsvorrichtungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche an der flächigen Anzeige (7, 60) angeordnet sind und dass die flächige Anzeige (7, 60) durch die Beleuchtungsvorrichtungen hinterleuchtbar ist .
14. Skalenanzeige in einem Kraftfahrzeug, wobei die Skala in einem Zifferblatt angeordnet ist, wobei die Skala Skalensegmente aufweist, wobei die Skalensegmente jeweils getrennt beleuchtbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass an edem .Skalensegment (66) eine Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-12 angeordnet ist.
15. Verwendung einer Skalenanzeige nach Anspruch 14 zur Verwendung für eine Tempomatanzeige in einem Kraftfahrzeug zur Anzeige einer eingestellten Sollgeschwindigkeit.
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